CN207945496U - 一种预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置，其包括：太阳能电池板；电路箱；塔杆；铠装通信电缆；以及传感器组件。在通过本实用新型的预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置对预应力钢筒混凝土管道进行安全监测时，可以预先编排各传感器的唯一识别编号和地理位置，从而准确判断预应力钢筒混凝土管道故障点位置，方便及时抢修，而且采用太阳能电池板供电以及低功耗的信号处理电路与GPRS发送模块，工程后期不需要维护，可长期提供监测服务。

Description

一种预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种预应力钢筒混凝土管道的远程无线安全监测***。

背景技术

预应力钢筒混凝土管(Prestressed concrete cylinder pipe，简称：PCCP)是国内近十多年内发展起来的新型管道，是一种高强度、高抗渗性和高密封性的管材，现实中，这种管材广泛使用在城市给、排水及工业输水、灌溉水利、电厂补给水领域的主干线管道工程中，此外，在工厂管网和倒虹吸管、压力隧道管、深覆土涵管也大量使用。

在供水领域，远程和城市用水的供水工程中，输水管道的分布往往涉及距离长、分布广、地域跨度大、预应力钢筒混凝土管的使用量大等特征，此类工程项目，通常与一个城市甚至一个地区人们的生活、生产以及整个社区的安定团结等因素密切相关，是国家的重点民生基础工程。故对其的监护和管理工作，理应做到及时、准确、有效方能使人民的生活、生产甚至国家与人民的财产获得保障。然而由于化学腐蚀、外力等因素，可能造成管内钢丝、钢筒的损伤、断裂等问题，进而会导致泄漏、爆管等事故。

目前对此类基础工程的监管和维护方面，基本停留在依赖人工进行巡查以及凭经验判断管道正常与否的落后层面，大多采用声传感器监听PCCP水声和钢丝断裂声的方法，受周围环境噪声影响监测分辨率较低，对于PCCP早期缓慢泄漏无法监测，而且无法确定泄漏点的准确位置。因此难以形成***性的集中监护和管理，其原因主要在于对可以形成集中监护和管理的变量数据，无法借助现有的监测设备进行长期、简便的收集，因为现有PCCP管尚无专用于安装实时监测器件的连接件和空间，但又不能随意的在PCCP管上添加上一些连接件或空间，否则会引起PCCP管原有的使用性能和参数发生变化，使其达不到标准要求严重影响工程质量。因此，业界需要用新型的手段和器械来监测预应力钢筒混凝土管的正常运行，判断出故障的位置，这是亟待解决的问题。

实用新型内容

(要解决的问题)

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置，相比于现有技术，可以达到对预应力钢筒混凝土管道的早期缓慢泄漏进行监测，精确度高，监测全面。并且，在工程的后期维护上基本不需要额外的投入，大大节省了工程的后期管理维护成本，并能够长期提供监测服务。

(解决问题的手段)

为了解决如上所述问题，本实用新型提供一种预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置，其特征在于，包括：太阳能电池板，设置于塔杆的最顶端，通过铠装供电电缆与电路箱的供电管理模块相连，用于将电能转化并存储，作为整个装置能量输送来源；电路箱；设置于塔杆上，并包括：可充电电池，供电管理模块，将太阳能电池板输出的电能存储至可充电电池内，以及实现可充电电池供电的自主控制功能以及信号采集处理与GPRS通信模块，将通过铠装通信电缆获得的数据打包处理并发送至监控中心；塔杆，用于支撑所述太阳能电池板和所述电路箱的设置，其内部埋设有所述铠装通信电缆；铠装通信电缆，其一端连接传感器组件，另一端连接所述信号采集处理与GPRS通信模块；以及传感器组件，设置于预应力钢筒混凝土管道处，用于感知预应力钢筒混凝土管道的状态变化。

本实用新型还提供一种预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置，其特征在于，所述传感器组件，还包括以下各传感器中的至少一种：温湿度传感器，内设于第一预埋传感器管壳；感知和监测内部空气柱的温湿度；孔隙水压力传感器，内设于第二预埋传感器管壳，感知和监测内部水压变化；表面应变计，设置于预应力钢筒混凝土管道的外表面，并由传感器安装定位座固定，用于监测管壁表面的应变数据变化；钢筋计，可与预应力钢筒混凝土管道内一根钢丝的两端焊接，也可以与一匝钢丝两端焊接，用于监测预应力钢筒混凝土管道的钢丝的应变数据。

(实用新型的效果)

本实用新型具有以下方面的技术效果：

第一，采用四种传感器分别由内至外监测预应力钢筒混凝土管道的健康状态，精度较高、监测全面。

第二，预先编排各传感器的唯一识别编号和地理位置，可以准确判断预应力钢筒混凝土管道故障点位置，方便及时抢修。

第三，采用太阳能电池板供电以及低功耗的信号处理电路与GPRS发送模块，工程后期不需要维护，可长期提供监测服务。

附图说明

图1是本实用新型的基本结构装置组成示意图。

图2是图示图1中电路箱基本组成的示意图。

图3是本实用新型的温湿度和孔隙水压力传感器安装方式图。

图4是本实用新型的表面应变传感器安装方式图。

图5是本实用新型的钢筋计安装方式图。

(附图标记)

1：预应力钢筒混凝土管道

2：太阳能电池板

3：电路箱

4：塔杆

5：铠装通信电缆

6：传感器组件

7：铠装供电电缆

31：可充电电池

32：供电管理模块

33：信号采集处理与GPRS通信模块

T：GPRS天线

11：水泥砂浆保护层

12：钢丝

13：钢筒

14：混凝土内衬

15：第一预埋传感器管壳

16：第二预埋传感器管壳

具体实施方式

以下，参照附图1以及附图2，对本实用新型的基本组成构件进行说明。图1是本实用新型的基本结构装置组成示意图。图2是图示图1中电箱基本组成的示意图。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种预应力钢筒混凝土管道(预应力钢筒混凝土管道)远程无线安全监测装置，其包括：预应力钢筒混凝土管道1；太阳能电池板2；电路箱3；塔杆4；铠装通信电缆5；以及传感器组件6。

太阳能电池板2通过铠装供电电缆7将白天产生的电能输出给电路箱3中的供电管理模块32，以此来实现电能的存储从而供给整个装置能量。而电路箱3中的信号采集处理与GPRS通信模块33连接有铠装通信电缆5。铠装通信电缆5内设于塔杆4，下端连接设置于预应力钢筒混凝土管处的传感器组件6。

其中，电路箱3不仅控制整个装置的电路运行，并且还包括：可充电电池31；供电管理模块32；以及信号采集处理与GPRS通信模块33组成。所述可充电电池31可使用本领域常见的充电电池，如铅酸蓄电池，镍氢电池、镍镉电池等，优选为锂电池。在此锂电池具有，充放电效率高，成本低廉，更换容易，易于环保等优势，因此优选为使用锂电池作为本装置的储蓄能电池。供电管理模块32实现白天太阳能电池板2的供电与电池充电、夜晚电池供电的自主控制功能。信号采集处理与GPRS通信模块33将由铠装通信电缆5传送的预应力钢筒混凝土管道的状态信号处理，然后通过GPRS天线T将数据远程发送至监控中心。

所述传感器组件6可由多种传感器来实现对预应力钢筒混凝土管道的信号传感处理，具体可包括：温湿度传感器、孔隙水压力传感器、钢筋计、表面应变计等。

以下内容以温湿度传感器为例，结合图3进行实施例一的说明。

如图3所示，管道部分由水泥砂浆保护层11、钢丝12、钢筒13、混凝土内衬14、第一预埋传感器管壳15组成。根据不同的管道情况或者传感器类型，还可设置有第二预埋传感器管壳16。第一预埋传感器管壳15中有连接铠装信号电缆5的传感器组件6，即温湿度传感器内设于第一预埋传感器管壳15。所述第一预埋传感器管壳15和第二预埋传感器管壳16采用圆柱中空设计，由铜粉烧结形成，为透气式结构，一端封闭且焊接在预应力钢筒混凝土管道钢筒上；另一端为开口且末端为螺纹设计，管壳内径为10-20mm，管壳深度根据不同预应力钢筒混凝土管道表层覆盖厚度而确定尺寸，确保管壳螺纹露出预应力钢筒混凝土管道外表面高度至少10mm，以便于安装操作。

针对温湿度传感器，第一预埋传感器管壳15采用防尘、防水、透气的铜烧结颗粒外壳，从而有利于温湿度传感器更精准地感知和监测内部空气柱的温湿度。

在图3中虽然没有图示出供电结构，但结合图1和图2以及上述内容作为供电的基础，将铠装通信电缆5的一端连接于图2中的信号采集处理与GPRS通信模块33。这样传感输出信号通过铠装电缆5传输到管道外部的电路箱3。

通过外部的供电设备和装置提供的电能，即白天太阳能电池板2将光能转化成电能，并将转化的电能存储至可充电电池31处，以供给整个装置的电能。在此状态下，温湿度传感器监测预应力钢筒混凝土管道的管壁内混凝土环境的温度和相对湿度，当预应力钢筒混凝土管道发生初期微渗漏时，相比预应力钢筒混凝土管道正常状态以及其它管道位置，此位置温湿度传感器的温度和相对湿度会发生突变。由此，其会将感知到变化信号通过铠装通信电缆5传导至电路箱3中的信号采集处理与GPRS通信模块33。在经过数据处理之后，通过GPRS天线T将数据远程发送至监控中心。在控制中心可以得到整个管道的所有装置发送的监控信息信号，从而能够准确地判断出异常管道的位置，进而能够进行精准地维修或更换。

以上是当传感器组件6为温湿度传感器时，对整个监测***的运行而进行的说明。对于其他类型的传感器，以下，主要将针对区别部分进行差异性的说明。

本实用新型的监测装置中，还可以利用孔隙水压力传感器作为传感器组件6而埋设于第二预埋传感器管壳16。针对孔隙水压力传感器的工作原理和工作环境，第二预埋传感器管壳16采用防尘处理，但透水、透气设计。这样有利于孔隙水压力传感器更精准地感知和监测内部水压变化，当管道某个部位发生破损而产生故障，导致渗漏继续发展直至严重，此时孔隙水压力传感器数据会增大。按照上述说明的传输方式，孔隙水压力传感器将数据信号通过铠装通信电缆5传送至电路箱中的信号采集处理与GPRS通信模块33。在经过数据处理之后，通过GPRS天线T将数据远程发送至监控中心。从而完成用数据对管道状态变化的监控和维护。

并且，所述装置还可以并用温湿度传感器和孔隙水压力传感器，即可以都分别安装在第一预埋传感器管壳15和第二预埋传感器管壳16内部，此时，设置两根铠装通信电缆5，并且其一端分别连接温湿度传感器和孔隙水压力传感器，另一端连接信号采集处理与GPRS通信模块33。这样就可以通过用不同的传感方式，来获取不同的信号，完成更加精确的监测工作。用此两种传感器项措施针对管道初期微小泄漏以及管道突发泄漏都具备监测作用，主要应用于预应力钢筒混凝土管道内钢筒腐蚀泄漏、钢丝断裂严重导致爆裂等事故。

下面参照图4将针对本实用新型另一实施例进行说明。

本实用新型的另一实施例的传感器组件安装部分依照图4内容所示，由表面应变计传感器S、传感器安装定位座B、铠装通信电缆5、水泥砂浆保护层11所示结构组成。表面应变传感器S采用振弦原理设计，用于监测预应力钢筒混凝土管道的管壁表面的应变数据，传感器信号通过铠装通信电缆5传输至具有管外信号采集电路功能的信号采集处理与GPRS通信模块33。当预应力钢筒混凝土管道的钢丝断裂时会失去预应力作用，预应力钢筒混凝土管道的内水压力将导致预应力钢筒混凝土管道管壁膨胀，进而导致预应力钢筒混凝土管道的管壁混凝土的塑性变化，此时表面应变传感器S的物理尺寸发生拉伸变化，就会感知到数据信号，进而实现管道表面应变监测。信号采集处理与GPRS通信模块33将由铠装通信电缆5传送的预应力钢筒混凝土管道的传感器信号处理，然后通过GPRS天线T将数据远程发送至监控中心。

同时，此实施例的实施方式还可以于上述第一实施例的实施方案混用，即在使用表面应变传感器S的同时，也可以安装温湿度传感器和孔隙水压力传感器中的任意一种或两种，这样就可以通过多种感知方式，达到对预应力钢筒混凝土管道进行监测的目的。具体的实施方式与上述实施例相似，在这里就不再做冗长的陈述和说明。此实施例的实施方案措施针对预应力钢筒混凝土管道的钢丝断裂引发的管道爆裂等事故具有预警作用。

下面参照图5将针对本实用新型第三实施例进行说明。

本实用新型的第三实施例的传感器组件安装部分依照图5内容所示，其示出了钢筋计S1、钢丝12和铠装通信电缆5，其中钢筋计S1可以与一根钢丝两端焊接，也可以与一匝钢丝两端焊接。钢筋计S1采用振弦原理设计，用于监测预应力钢筒混凝土管道的钢丝的应变数据，钢筋计S1的监测信号通过铠装通信电缆5传输至管外部的电路箱3。预应力钢筒混凝土管道的钢丝12用于抗衡预应力钢筒混凝土管道内水压力，达到平衡的运行状态。当在钢丝失效早期还未断裂时，钢丝的预应力降低导致钢筋计S1的应变监测数据变小，此时钢筋计S1就会感知到应力的变化；当钢丝断裂时，钢筋计的应变复位为零。因此，在上述两种情况下，钢筋计S1就都会把感知到的信号通过铠装通信电缆5传送至外部电路箱3中，信号采集处理与GPRS通信模块33将由铠装通信电缆5传送的预应力钢筒混凝土管道的传感器信号处理，然后通过GPRS天线T将数据远程发送至监控中心。此项措施针对预应力钢筒混凝土管道的钢丝断裂等事故具有预警作用。

以上内容针对本实用新型的各个实施例进行了具体说明。但实用新型的核心内容并不局限于上述说明的实施例的结构和运行方式。上述各个实施例的结构都可以分别或者对其一部分进行组合从而形成多种多样的变形，从而完成发明的创作。因此，对上述实施例的各种变形创造等都应看作是属于本实用新型的保护范围之内而进行的创作。

Claims (3)

1.一种预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置，其特征在于，包括：

太阳能电池板，设置于塔杆的最顶端，通过铠装供电电缆与电路箱的供电管理模块相连，用于将太阳能转化为电能，作为整个装置能量来源；

电路箱；设置于塔杆上，并包括：

可充电电池，

供电管理模块，将太阳能电池板输出的电能存储至可充电电池内，以及实现可充电电池供电的自主控制功能，以及

信号采集处理与GPRS通信模块，将通过铠装通信电缆获得的数据打包处理并发送至监控中心；

塔杆，用于支撑所述太阳能电池板和所述电路箱，其内部埋设有所述铠装通信电缆；

铠装通信电缆，其一端连接传感器组件，另一端连接所述信号采集处理与GPRS通信模块；以及

传感器组件，设置于预应力钢筒混凝土管道处，用于感知预应力钢筒混凝土管道的状态变化。

2.根据权利要求1所述的预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置，其特征在于，

所述传感器组件，还包括以下各传感器中的至少一种：

温湿度传感器，内设于第一预埋传感器管壳；感知和监测预应力钢筒混凝土管道内部空气柱的温湿度；

孔隙水压力传感器，内设于第二预埋传感器管壳，感知和监测预应力钢筒混凝土管道内部水压变化；

表面应变计，设置于预应力钢筒混凝土管道的外表面，并由传感器安装定位座固定，用于监测预应力钢筒混凝土管道的管壁表面的应变数据变化；以及

钢筋计，与预应力钢筒混凝土管道内的一根钢丝的两端焊接，或者与一匝钢丝两端焊接，用于监测预应力钢筒混凝土管道的钢丝的应变数据。

3.根据权利要求1所述的预应力钢筒混凝土管道远程无线安全监测装置，其特征在于，

所述可充电电池为铅酸蓄电池，镍氢电池、镍镉电池和锂电池中的任意一种。